对 于传感器坐标系原点转动相应的角度，通过迭代调整满足精度要求。本方法依次调整两轴 的角度误差，由于第一个轴的角度偏差调整后，传感器系统的坐标系相对于壁板平面相对 位置发生变化，在调整第二个轴角度偏差之前，需再次采集测距信息，依据更新后的测距信 息，进行第二轴与平面的偏差计算与调整控制。
[0040] 本实施例用于具有大曲率半径曲面的零件自动贴片装配过程，在贴片前，通过位 移传感器、机器人和控制系统的配合，实现零件法向的测量和自动调整。
[0041] 整个方法的步骤如下：
[0042] 步骤1 :传感器系统标定及工具坐标系建立：
[0043]由于传感器坐标系统相对于壁板平面的角度偏差计算涉及传感器系统的结构尺 寸，需要进行相关尺寸标定。四个传感器的测量中心组成一个矩形平面，通过激光干涉仪精 确测量传感器中心间距，标定矩形长、宽尺寸，在传感器系统中心建立工具坐标系，以此作 为机器人系统的执行点。
[0044]S卩：对末端执行器上四个激光位移传感器组成的传感器系统进行标定：四个激光 位移传感器的测量中心组成一个矩形平面ABCD，通过激光干涉仪精确测量矩形平面长度 AD=a和宽度AB=b，并以矩形平面中心为工具坐标系OXYZ的原点，矩形平面为工具坐标 系OXYZ的XY面，OX轴平行于矩形平面宽度方向，OY轴平行于矩形平面长度方向，工具坐标 系OXYZ固连在末端执行器上。通过机器人全局坐标系与第六关节坐标系的转换矩阵，以及 第六关节坐标系与工具坐标系的转换矩阵，来自动计算工具坐标系下坐标值与机器人第六 关节在机器人全局坐标系下的坐标关系，从而控制机器人六关节的姿态调整，相关的坐标 系转换矩阵算法在机器人内部设定。
[0045] 四个激光位移传感器向内倾斜锥度安装；A、D两点的激光在同一平面e上，且该 平面e与OZ轴的夹角为a;B、C两点的激光在同一平面G上，且该平面G与OZ轴的夹 角为a;A、B两点的激光在同一平面n上，且该平面n与OZ轴的夹角为P;C、D两点的 激光在同一平面I上，且该平面I与OZ轴的夹角为0。
[0046] 步骤2 :机器人按照离线程序控制末端执行器运动到预定工作位置；
[0047] 步骤3 :开启激光位移传感器，以一定的脉冲频率采集传感器与壁板间距离数据。 通过PLC把激光位移传感器采集的电压信号传输给控制系统，控制系统将电压值转换为位 移值，从而得到四个激光位移传感器与壁板的距离。
[0048]S卩：利用激光位移传感器测得激光位移传感器测量中心与工作面距离AAxl、BBxl、 CCxl、DDxl〇
[0049]由于激光位移传感器系统向内倾斜锥度安装，使得测量区域十分小，这样的优势 在于可以将四个照射点组成的区域近似于一个局部平面。要实现工具坐标系的OZ轴与局 部平面的法向平行，就要实现工具坐标OXY平面与局部平面平行，因此本方法中依次调整 工具坐标系的0X、0Y轴，实现其与局部平面平行。首先进行工具坐标系OX轴的调整。利用 距离441、88：!1、0； 1、00：!1计算(《轴与工作面上的局部平面丫的夹角〇1，所述局部平面丫 为四个激光位移传感器照射在工作面上的点Axl、Bxl、Cxl、Dxl组成的面；
[0053] V1V4=b〇
[0054] 步骤4 :判断夹角〇i是否满足精度要求，若满足，则进入步骤5,如不满足，则调整 末端执行器，使工具坐标系绕OY轴旋转角度〇i，然后返回步骤3 ;经过"调整一采集一计 算一调整"迭代过程，将角度偏差控制在要求的精度范围，此时认为末端执行器工具坐标系 OX轴与局部平面平行。
[0055] 步骤5 :利用激光位移传感器测得激光位移传感器测量中心与工作面距离AAyl、 BByl、CCyl、DDyl;利用距离AAyl、BByl、CCyl、DDyl计算OY轴与工作面上的局部平面S的夹角 ，，所述局部平面S为四个激光位移传感器照射在工作面上的点\1、8,1、（； 1、11组成的 面；
[0059] V5V8=a
[0060] 步骤6 :判断夹角fi是否满足精度要求，若满足，调整结束，如不满足，则调整末端 执行器，使工具坐标系绕OX轴旋转角度91，然后返回步骤5。经过"调整一采集一计算一 调整"迭代过程，将角度偏差控制在要求的精度范围，使末端执行器工具坐标系OY轴看作与 局部平面平行。此时工具坐标系的XY平面与局部平面平行，此时工具坐标系的OZ轴方向 即为曲面的测量区域的法向。
[0061] 在完成上述法向测量与调整过程后，就可以进行下一步贴片工作。
[0062] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种改进的大曲率半径曲面零件法向测量与调整方法，其特征在于：包括以下步 骤： 步骤1:对末端执行器上四个激光位移传感器组成的传感器系统进行标定：四个激光 位移传感器的测量中心组成一个矩形平面AB⑶，测量矩形平面长度AD=a和宽度AB=b， 并以矩形平面中心为工具坐标系OXYZ的原点，矩形平面为工具坐标系OXYZ的XY面，OX轴 平行于矩形平面宽度方向，OY轴平行于矩形平面长度方向，工具坐标系OXYZ固连在末端执 行器上；四个激光位移传感器向内倾斜锥度安装；A、D两点的激光在同一平面e上，且该平 面e与OZ轴的夹角为a;B、C两点的激光在同一平面G上，且该平面G与02轴的夹角 为a;A、B两点的激光在同一平面n上，且该平面n与OZ轴的夹角为P;C、D两点的激 光在同一平面I上，且该平面I与OZ轴的夹角为e; 步骤2 :控制末端执行器运动到预定工作位置； 步骤3 :利用激光位移传感器测得激光位移传感器测量中心与工作面距离AAxl、BBxl、CCxl、DDxl;利用距离AAxl、BBxl、CCxl、DDxl计算OX轴与工作面上的局部平面y的夹角〇丨，所 述局部平面T为四个激光位移传感器照射在工作面上的点41、8：!1、(； 1、0：!1组成的面；V1V4=b； 步骤4 :判断夹角〇i是否满足精度要求，若满足，则进入步骤5,如不满足，则调整末端 执行器，使工具坐标系绕OY轴旋转角度〇i，然后返回步骤3 ; 步骤5 :利用激光位移传感器测得激光位移传感器测量中心与工作面距离AAyl、BByl、 0^1、0心;利用距离44,1、88,1、0；1、00, 1计算(^轴与工作面上的局部平面5的夹角（})1，所 述局部平面S为四个激光位移传感器照射在工作面上的点Ayl、Byl、Cyl、Dyl组成的面；V5V8=a 步骤6 :判断夹角_是否满足精度要求，若满足，调整结束，如不满足，则调整末端执行 器，使工具坐标系绕OX轴旋转角度恥，然后返回步骤5。
【专利摘要】本发明提出一种改进的大曲率半径曲面零件法向测量与调整方法，将四个传感器的安装方向改为向内倾斜锥度安装，从而缩小壁板上激光测量区域，采用位移传感器测量壁板曲面上四个点的距离，计算工具坐标系相对于壁板探测区域平面的偏差角度，然后驱动机器人末端相对于工具坐标系原点转动相应的角度，通过迭代调整满足精度要求。本方法依次调整两轴的角度误差，由于第一个轴的角度偏差调整后，传感器系统的坐标系相对于壁板平面相对位置发生变化，在调整第二个轴角度偏差之前，需再次采集测距信息，依据更新后的测距信息，进行第二轴与平面的偏差计算与调整控制。本发明能够提高大曲率曲面零件自动加工和装配的精度和质量。
【IPC分类】G01B11/26, G01B11/02, G01B11/00
【公开号】CN105222712
【申请号】CN201510734532
【发明人】张开富, 谢欢欢, 程晖, 邹鹏, 骆彬, 曹瑾, 陈亮希
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年11月2日